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燃料电池是一种高效

08/24

燃料电池是一种高效、环境友好的发电装置,它可以直接将贮存在燃料和氧化剂中的化学能转化为电能。在环境与能源备受人们关注的今天,燃料电池日益受到各国政府和科技人员的重视,近年来在突破多项关键技术的基础上燃料电池已逐步得到广泛应用。氢是燃料电池的最佳燃料,在未来的氢经济时代,燃料电池是将氢能转化为电能的最优能量转换装置。本书简述了燃料电池的工作原理,关键材料的特征与制备技术,电池组与电池系统的设计、制备、集成与性能,以及燃料电池技术在航天、民用发电及电汽车等领域的应用。全书重点在碱性燃料电池、质子交换膜燃料电池和固体氧化物燃料电池。最后从燃料电池技术特点与发展的角度,分析了燃料电池技术与各学科,如电化学、材料、化学工程等之间的关系,展望了21世纪燃料电池的发展前景。 燃料电池是一种高效、环境友好的发电装置,它直接将贮存在燃料与氧化剂中的化学能转化为电能。在环境与能源备受人类关注的今天,燃料电池的研究与工程开发越来越受到各国政府与科技人员的重视。我国从事燃料电池研究与工程开发的人也越来越多,国内有关燃料电池的图书远不能满足广大科技工作者的需求。 作者从1967年开始研究碱性氢氧燃料电池(AFC)至今,35年以来作者所在题目组与研究室先后从事了再生氢氧燃料电池(RFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、质子交换膜燃料电池(PEMFC)、直接甲醇燃料电池(DMFC)和固体氧化物燃料电池(SOFC)的研究与工程开发,积累了一定的经验和丰富的资料。本书立足于上述工作撰写,书中大量引用了作者所在题目组与研究所的实验结果和作者的同事与学生在国内外期刊上发表的论文。可以说本书是作者所在集体几十年劳动的结晶。在本书出版之际,作者衷心感谢那些为本书做出贡献的同仁。 本书分为7章,第1章简单介绍了电化热力学与动力学,作为深入了解燃料电池的原理的基础。

第2章至第7章对6种类型的燃料电池分别进行阐述,重点在第2章的AFC、第4章的PEMFC与第7章的SOFC。在结尾部分简单阐述了燃料电池与各学科如电化学、材料科学、化学工程等的关系。本书适于从事燃料电池研究与工程开发的科技工作者阅读,也可作为高年级大学生、研究生的教学参考书。 本书由作者写出初稿,毕可万同志整理并打印成文。作者在撰写第6章MCFC时,参阅了林化新同志撰写的MCFC材料一文。在撰写第7章SOFC时,参阅了阎景旺同学撰写的SOFC材料一文。作者的同事与学生侯明、俞红梅、姜玉玉、邢丹敏、张恩浚、胡军、葛善海、侯中军、刘建国、毕忠和、唐倩、刘富强、于景荣、付永柱等仔细校阅了相关章节及引用的文献,并绘制了大量图表。作者衷心感谢为本书撰写做出贡献的同事与学生们。 国家科学技术学术著作出版基金为本书的出版提供了资助,作者表示衷心感谢。 由于作者水平有限,书中不当之处,望广大读者指正

动力电池、储能电池中的关键材料技术实际上在全世界都是最前沿的高科技,是新能源产业取得突破性发展的关键技术核心。我国要实现超越式发展,实现产业转型和升级,需要从国家层面加强对这些关键材料技术进行攻关、研发、国产化的支持力度,并制定从政策鼓励、技术研发专项经费支持、示范应用引导等全方位的推动战略。

首先,核心技术研发和产业化发展应得到优先支持。虽然我国在电池关键材料技术方面已有显著进步,但离新能源产业发展的需要还有很大差距,需要政府从政策、资金、应用环境、示范运行、产业化能力建设等各个方面给予优先支持,特别是研发专项资金、项目资金方面的支持,对产业化进程加以推动。

其次,应当通过示范,推动核心技术发展。积极推动与化学储能电池应用相关的风光互补发电与储能电池等多种形式的技术组合示范项目;将储能电池分别安置于电力应用端的分布式储能技术应用;燃料电池和蓄电池组合作为电电混合动力系统的城市公交示范应用。由示范带动关键材料、关键技术的发展。

此外,政府对于产业的支持可采取多种组合的方式。政府对新能源产业发展的支持,可采用研发资金、项目资金、政策引导、鼓励、政策限制、税收调节等组合方式。如政府对新能源技术的支持资金,如果限于资金规模,应集中体现重点针对关键技术的支持。对产业发展的支持,仅靠政府投入资金是不够的,需要政府制定对社会资金有吸引力的引导政策,调动社会力量促进新能源产业的发展。

燃料电池技术近几年我国燃料电池的研究开发取得了长足的进展,特别在质子交换膜燃料电池方面,达到或接近了世界水平;在熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池技术等方面也取得一些进展。但在总体上,我国燃料电池仍处于科研阶段,与国外相比,水平较低。发达国家都已将大型燃料电池的开发作为重点研究项目,并取得了许多重要成果,各等级的燃料电池发电厂相继建成,即将取代传统发电机及内燃机而广泛应用于发电及汽车动力。我国

燃料电池技术

近几年我国燃料电池的研究开发取得了长足的进展,特别在质子交换膜燃料电池方面,达到或接近了世界水平;在熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池技术等方面也取得一些进展。但在总体上,我国燃料电池仍处于科研阶段,与国外相比,水平较低。发达国家都已将大型燃料电池的开发作为重点研究项目,并取得了许多重要成果,各等级的燃料电池发电厂相继建成,即将取代传统发电机及内燃机而广泛应用于发电及汽车动力。我国应集中研究力量,加大投入,大力推动燃料电池发电技术的研究开发和应用工作。

燃料电池是一种不经过燃烧而以电化学反应方式将燃料的化学能直接变为电能的发电装置,可以用天然气、石油液化气、煤气等作为燃料。也是煤炭洁净转化技术之一。按电解质种类可分为碱性燃料电池(AFC)、磷酸型燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)、质子交换膜燃料电池(PEMFC)、再生氢氧燃料电池(RFC)、 直接醇类燃料电池(DMFC),还有如新型储能电池、固体聚合物型电池等。

氢和氧气是燃料电池常用的燃料气和氧化剂。此外,CO等一些气体也可作为MCFC与SOFC的燃料。从长远发展看,高温型MCFC和SOFC系统是利用煤炭资源进行高效、清洁发电的有效途径。我国丰富的煤炭资源是燃料电池所需燃料的巨大来源。

燃料电池具有高效率、无污染、建设周期短、易维护以及成本低的诱人特

点,它不仅是汽车最有前途的替代清洁能源,还能广泛用于航天飞机、潜艇、水下机器人、通讯系统、中小规模电站、家用电源,又非常适合提供移动、分散电源和接近终端用户的电力供给,还能解决电网调峰问题。随着燃料电池的商业化推广,市场前景十分广阔。人们预测,燃料电池将成为继火电、水电、核电后的第四代发电方式[1],它将引发21世纪新能源与环保的绿色革命。

1,中国燃料电池技术的进展

“燃料电池技术”是我国“九五”期间的重大发展项目,目标是,利用我国的资源优势,从高起点做起,加强创新;在“九五”期间,使我国燃料电池的技术发展接近国际水平。内容包括“质子交换膜燃料电池技术”、“熔融碳酸盐燃料电池技术”及“固体氧化物燃料电池技术”三大项目[2], 其中,用于电动汽车的“5kW质子交换膜燃料电池”列为开发的重点。此项任务由中国科学院及部门所属若干研究所承担。所定目标业已全部实现。

在质子交换膜燃料电池(PEMFC)方面,我国研究开发的这类电池已经达到可以装车的技术水平,可以与世界发达国家竞争,而且在市场份额上,可以并且有能力占有一定比例[1]。我国自把质子交换膜燃料电池列为"九五"科技攻关计划的重点项目以后,以大连化学物理研究所为牵头单位,在全国范围内全面开展了质子交换膜燃料电池的电池材料与电池系统的研究,取得了很大进展,相继组装了多台百瓦、1kW-2kW、5kW、10kW至30kW电池组与电池系统。5kW电池组包括内增湿部分,其重量比功率为100W/kg,体积比功率为300W/L。质子交换膜燃料电池自行车已研制成功,现已开发出200瓦电动自行车用燃料电池系统。百瓦级移动动力源和5kW移动通讯机站动力源也已开发成功。千瓦级电池系统作为动力源,已成功地进行了应用试验。由6台5kW电池组构成的30kW电池系统已成功地用作中国首台燃料电池轻型客车动力源。装车电池最大输出功率达46千瓦。目前该车最高时速达60.6km/h,为燃料电池电动汽车以及混合动力电动汽车的发展打下良好的基础。该电池堆整体性能相当于奔驰、福特与加拿大巴拉德公司联合开发的MK7质子交换膜燃料电池电动车的水平[3]。我国目前正在进行大功率质子交换膜燃料电池组的开发和燃料电池发动机系统集成的研究。

在熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)方面,我国已经研制出α和γ型偏铝酸锂粗、细粉料,制备出大面积(大于0.2m2)的电池隔膜,预测隔膜寿命超过3万小时。在进行材料部件研究的基础上,成功组装和运行了千瓦级电池组。

在固体氧化物燃料电池(SOFC)技术方面,已经制备出厚度为5-10μm的负载型致密YSZ电解质薄膜,研制出一种能用作中温SOFC连接体的Ni基不锈钢材料。负载型YSZ薄膜基中温SOFC单体电池的最大输出功率密度达到0.4 W/cm2, 负载型LSGM薄膜基中温SOFC单体电池的最大输出功率密度达到0.8W/cm2。这些技术创新为研制千瓦级、十千瓦级中温固体氧化物燃料电池发电技术的研发奠定了坚实基础。

2,国外燃料电池技术发展迅猛

燃料电池是新世纪最有前途的清洁能源,是替代传统能源的最佳选择。因此,

燃料电池技术的研究开发受到许多国家的政府和跨国大公司的极大重视。美国将燃料电池技术列为涉及国家安全的技术之一,《时代》周刊将燃料电池电动汽车列为21世纪10大高技术之首;日本政府认为燃料电池技术是21世纪能源环境领域的核心;加拿大计划将燃料电池发展成国家的支柱产业。近十年来,国外政府和企业在燃料电池方面的投资额超过100亿美元。为开发燃料电池,戴姆勒-克莱斯勒公司一家近年来每年就投入10亿美元,丰田公司的年投资额超过50亿日元[4]。

欧、美发达国家和日本等国政府和企业界都将大型燃料电池的开发作为重点研究项目,并且已取得了许多重要成果,PEMFC技术已发展到实用阶段,使得燃料电池即将取代传统发电机及内燃机而广泛应用于发电及汽车上。2MW、4.5MW、11MW成套燃料电池发电设备已进入商业化生产,用于国防、航天、汽车、医院、工厂、居民区等方面;各等级的燃料电池发电厂相继在一些发达国家建成,其中,国际燃料电池产业巨头加拿大巴拉德公司筹资3.2亿美元,建成的燃料电池厂已于2001年2月正式投产。美国和欧洲将成批生产低成本的家用供电-供暖燃料电池作为最近的开发计划。目前,在北美、日本和欧洲,燃料电池发电正快速进入工业化规模应用的阶段。

目前,车用氢燃料电池已成为世界各大汽车公司技术开发的重中之重。迄今为止,世界6大汽车公司在开发氢燃料电池车上的开发费用已超过100亿美元,并以每年10亿美元的速度递增[5]。1997年至2001年,各大公司研制出的车用燃料电池就达41种。

3,我国开发燃料电池技术相对乏力

我国研究燃料电池有过起落。在20世纪60年代曾开展过多种燃料电池的实验室研究,70年代投入大量人力物力开展用于空间技术的燃料电池研究,其后研究工作长期停顿。最近几年,我国才开始重新重视燃料电池技术的研究开发,并取得很大进展。特别在PEMFC方面,达到或接近了世界水平。但是,在总体上,我国燃料电池的研究开发刚刚起步,仍处于科研阶段,与国外相比,我国的燃料电池研究水平还较低,我国对燃料电池的组织开发力度还远远不够。作为世界上最大的煤炭生产国和消费国,开发以煤作为一次能源的高温型MCFC和SOFC具有特别重要的意义。但是我国在MCFC、SOFC研究方面与国外的差距很大,要实现实用化、商业化应用还有很长的路要走。迄今为止,我国还没有燃料电池发电站的应用实例。这和我国这样一个大国的地位很不相称。尽管国家也将燃料电池技术列为"九五"攻关项目,国家和企业投入的资金却极为有限,年度经费仅为千万元量级人民币,与发达国家数亿美元的投入相比显得微不足道;承担研究任务的也只是中科院等少数科研院所,且研究力量分散,缺少企业的介入,难以取得突破性进展,尤其是难以将取得的研究成果进行实际应用试验,以形成产业化趋势。从表1所列国外燃料电池的研究和开发情况看,欧、美国家和日本等大多是以公司企业为主在从事燃料电池的研究开发和制造生产,而且规模很大,例如,仅加拿大的Ballard一家公司的资产就达10亿美元。

4,大力发展燃料电池技术势在必行

从世界燃料电池迅猛发展的势头看,本世纪头十年将是燃料电池发电技术商品化、产业化的重要阶段,其技术实用性、生产成本等都将取得重大突破。预计燃料电池系统将在洁净煤燃料电池电站、电动汽车、移动电源、不间断电源、潜艇及空间电源等方面有着广泛的应用前景,潜在市场十分巨大。可以预料,分散电源供电系统——燃料电池发电厂必将在21世纪内取代以“大机组、大电网、高电压”为主要特征的现代电力系统,成为电力行业的主力军。而燃料电池的普遍推广应用,必将在能源及相关领域引发一场深刻的革命,促进新兴产业的形成,带动国民经济高速发展。能源领域的这场革命是我国政府、企业、科研院所、高等院校不得不正视的课题,我们对此必须有充分认识并给予足够的重视。我们应该准确把握这场革命所带给我们的机遇,毫不迟疑地投入足够的人力、物力、财力,推动燃料电池发电技术的研究开发和应用工作,使之早日实用化产业化,为我国的国家能源安全和国民经济可持续发展服务。

国家计委在1997年提出的中国洁净煤技术到2010年的发展纲要中,已把燃料电池列为煤炭工业洁净煤的14项技术重点发展目标之一[6] 。在“十五”科技发展规划中,燃料电池技术被列为重点实施的重大项目[7]。

鉴于世界燃料电池发电技术的发展迅猛、市场广阔的前景和我国长远发展的战略需要,国家科技部、国家计委、国家经贸委应该联合制订我国燃料电池发电技术的发展规划,既要组织有关高等院校、科研院所积极攻关,更要引导国家电力公司、石油集团、石化集团及汽车、机械制造等工业企业热情参与,集中力量,加大人力、物力、财力的投入,急起直追,共同推进燃料电池发电技术的研究开发。在具体做法上,我们应从高起点起步,整机引进国外的燃料电池发电设备,可先引进规模较小的电池堆。在努力消化吸收的基础上,积极创新,这样可以使我们更快地掌握高技术,有利于加快我国燃料电池电站技术的发展。

另外,MCFC和SOFC对我国具有特别重要的意义,对此,我国近期应选好整体技术的突破点,加强多孔、薄膜电极过程动力学理论、新型关键材料的设计、制备及多相复杂界面等方面的基础研究。

近几年我国燃料电池的研究开发取得了长足的进展 ,特别在质子交换膜燃料电池方面 ,达到或接近了世界水平 ;在熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池技术等方面也取得一些进展。但在总体上 ,我国燃料电池仍处于科研阶段 ,与国外相比 ,水平较低。发达国家都已将大型燃料电池的开发作为重点研究项目 ,并取得了许多重要成果 ,各等级的燃料电池发电厂相继建成 ,即将取代传统发电机及内燃机而广泛应用于发电及汽车动力。我国应集中研究力量 ,加大投入 ,大力推动燃料电池发电技术的研究开发和应用工作

燃料电池的技术难度更大一些燃料电池是一次电池,利用氢气燃烧产生能量

燃料电池是通过由电解液分隔开的2个电极中间的燃料(如天然气、甲醇或纯净氢气)的化学反应直接产生出电能。与汽轮发电机生产的电能相比,燃料电池具有非同寻常的特性:它的电效率可达60%以上,可以在带部分负荷运行的情况下进行维修,而且除了排放低比率碳氧化物外,几乎没有任何其他的有害排放物。

中国早在20世纪50年代就开展燃料电池方面的研究。中国在燃料电池关键材料、关键技术的创新方面取得了许多突破。中国政府十分注重燃料电池的研究开发,陆续开发出百瓦级到30kW级氢氧燃料电极、燃料电池电动汽车等。燃料电池技术特别是质子交换膜燃料电池技术也得到了迅速发展,开发出60kW、75kW等多种规格的质子交换膜燃料电池组,开发出电动轿车用净输出40kW、城市客车用净输出100kW燃料电池发动机,使中国的燃料电池技术跨入世界先进国家行列。

尽管现在燃料电池的市场需求相当小,预计在随后的十年间,随着技术进步与规模经济效益,燃料电池的生产成本与使用成本将下降,竞争力提高,燃料电池潜在的市场将会逐步发展起来。现在对于便携式燃料电池的需求相当少,但便携式燃料电池市场将是从现在到2011年甚至更长时间增长最快的市场。应用于消费电子产品的燃料电池系统在最近几年中就会商业化。

本报告主要依据了国家统计局、国家商务部、国家发改委能源局、国务院发展研究中心、国家知识产权局、全国商业信息中心、电子材料行业协会、中科院电工所、中国可再生能源学会、国内外相关报刊杂志的基础信息以及相关行业专业研究单位等公布和提供的大量资料,首先介绍了燃料电池的定义、工作原理、优缺点、分类及应用范围等,接着对世界燃料电池的发展和我国燃料电池的发展情况做了详细的分析,然后具体介绍了燃料电池技术、氢燃料电池、甲醇燃料电池和固体氧化物燃料电池的发展。随后,报告对燃料电池车、燃料电池发电及重点企业运营状况做了全面的分析,最后分析了燃料电池行业发展趋势和策略。您若想对燃料电池行业有个系统的了解或者想投资燃料电池研发生产,本报告将是您不可或缺的重要工具。

依据电解质的不同,燃料电池(Fuel Cell, FC)分为碱性燃料电池(AFC)、磷酸型燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)及质子交换膜燃料电池(PEMFC)等。燃料电池不受卡诺循环限制,能量转换效率高,洁净无污染、噪声低,可制成模块式结构、功率密度比一般储能型电池高,既适合集中供电,也适合分散供电。

也可以按照工作温度的不同,把碱性燃料电池(AFC,工作温度为100℃以内)、质子交换膜燃料电池(PEMFC,也称为固体高分子燃料电池,工作温度为100℃以内)和磷酸型燃料电池(PAFC,工作温度为200℃左右)称为低温燃料电池;把熔融碳酸盐燃料电池(MCFC,工作温度为650℃左右)和固体氧化物燃料电池(SOFC,工作温度为800-1000℃)称为高温燃料电池。另一种分类是按其开发早晚顺序进行的,把PAFC称为第一代燃料电池,MCFC称为第二代燃料电池,SOFC和PEMFC等称为第三代燃料电池。

燃料电池是一种电化学装置,其电池单体是由正负两个电极(负极即输入燃料的电极,阳极;正极即输入氧化剂的电极,阴极)以及电解质组成。不同的是一般电池的活性物质贮存在电池内部,因此,限制了电池容量。而燃料电池的正、负极本身不包含活性物质,只是个催化转换元件。因此燃料电池是名符其实的把化学能转化为电能的能量转换设备。电池工作时,燃料和氧化剂由外部供给,进行反应。燃料电池本体通常由形成离子导电体的电解质板和其两侧配置的燃料极(阳极)和空气极(阴极)、及两侧气体流路构成,气体流路的作用是使燃料气体和空气(氧化剂气体)能在流路中通过。原则上只要反应物不断输入,反应产物不断排除,燃料电池就能连续地发电。另外,只有燃料电池本体还不能工作,必须有一套相应的辅助系统,包括反应剂供给系统、排热系统、排水系统、电性能控制系统及安全装置等。

随着自然资源的日益缺乏和人们环保意识的提高,当今燃料电池的研制得到了更多的重视和快速发展,燃料电池是一种直接将化学能高效、环境友好地转变为电能的电化学器件,是一种绿色能源,可同时解决节能和环保两大世界难题,因此西方各个国家诸如日本、美国及欧洲等都有燃料电池方面的研究和开发计划,我国也在加快燃料电池的研究进程,燃料电池发展到今天已经有近200年的历史,其中真正得到世界的广泛关注是在20世纪50年代,距离今天也不过50年左右,但是燃料电池的技术发展却是突飞猛进的。

1.电源缺口呼唤新的电源技术

便携电子产品在全球普及、其产品外型的日趋短小轻便以及功能的日渐复杂给电池带来了新的挑战,另外除了笔记本电脑、手机和数码相机以外,其它产品领域也存在类似的电源供应缺口。现有充电电池技术虽已成熟,但锂离子充电电池的容量没有太大的改进空间(每年小于5%),在满足日益增长的电能需求时将倍感吃力。但是预计在今后的几年里面,现有的电池技术将无法满足便携电子产品日渐增长的能耗需求,新型电源技术和产品将存在着巨大的市场空间和机会。

人们的移动性比以前更大,进而扩大了上述电源缺口。笔记本电脑是增长最快的电脑领域,预计2006年出货量将超过5000万个。广泛采用Wi Fi技术实际上已经砍掉了以太网的束缚,而用户最后希望去掉的将是通向AC电源的连接线,这更加促进了新的电池技术的发展。

2.燃料电池的发展现状

由于具有能量转换效率高,洁净、无污染、模块结构性强等优势,燃料电池成为业界关注的对象,为适应紧接而来的电源需求革命,燃料电池成为实力强劲的预备选手。早在1839年,英国科学家W·Grove就提出了氢氧反应发电的原理,这也是最早的氢氧燃料电池(FC)的模型。到目前为止燃料电池主要分四种类型,如表1所示。

以下四种燃料电池各有特点,也各自存在不同的技术障碍和发展方向,但是作为燃料电池的成员他们又有着相同的共性,为此,结合各类型电池特点,总结了燃料电池在研究和开发所应该集中的几个方面。

电解质膜:只允许H+通过,而不允许未分解的燃料渗透过去。因此,对电解质膜的研究就包括提高电解质膜的质子传导率,减小气体等其它燃料渗入量,增强氧化还原和水解的稳定性,提高机械强度和热稳定性,改善表面性质以适于与催化剂结合等。此外,还要降低成本,提高性价比。

电极:因燃料电池电极大多为气体电极过程,必须用特殊的电极结构-多孔的气体扩散电极,以提高电池的比功率。

燃料:对燃料的研究主要是燃料选择的问题。目前,在燃料电池应用中,主要使用H2和CH3 OH。对替换燃料的研究,将可以使燃料电池的发展更加具有可持续性。

系统结构:系统结构是燃料电池的最终结果。由于小型燃料电池或微燃料电池将与集成电路一起使用,因此系统结构的发展受到限制。如何对燃料电池进行高密度装配,实现在便携式电子设备中应用燃料电池,成为研究方向之一。

电催化剂:一个燃料电池系统,必须获得高效率和高比能量。要获得高效率和高比能量,就必须提高气态燃料和氧化剂在电极过程中的反应活性,即研究和发展高效催化剂。目前,利用其它价格低廉的、有效的催化剂替换贵金属催化剂成为催化剂研究的方向之一。

3.燃料电池是否可行

虽然近年在燃料电池的研究上面取得了一些进展,不过燃料电池在商用化方面仍然存在着一些阻碍。首先,燃料电池工作时都产生水和CO2 ,由于接近其它电子元器件水的存在容易造成短路,所以如何解决水这个副产物是一个非常麻烦的问题;其次虽然燃料电池“堆叠”中每个单元理论电压应该是1.24V,但是基于传统质子交换膜(PEM)的DMFC只能达到上述水平的30%左右,如何提高燃料电池的功率密度又是另外一个阻碍燃料电池商用化的一个难题;最后如果真正要进行商业化的话,由于牵涉化学试剂则燃料盒的包装是否安全、产品尺寸外型设计有何要求、燃料盒是否容易获得、成本是否足够合适、OEM厂商的产品对燃料电池系统的支持度如何等等这些问题都需要考虑,当然这其中牵涉了包括化工原料、系统设计、行销渠道等非常多行业的合作,但是作为电池生产厂家,前面提到的第一跟第二个因素仍是阻碍燃料电池商用的技术难题。

4.燃料电池的应用现状

市场总是推动产业发展的一个重要因素。一个聪明的市场定位将会有助于推动产业的发展并能给市场创造增长基础。

早期的产业样品演示也展出了一些外部燃料电池单元,可以用作充电器和为可充电手机、PDA及笔记本电脑的电池提供能量。这些已经在2004年面世。不过由于最初的时候尺寸庞大,而且能量密度有限,这些产品也只能算是概念型产品。真正的赢家将是成功地把燃料电池整合进产品内部进行商业化推广的厂商。

2001年日本NEC电器公司试制了一种新型高分子型燃料电池,看上去就像是一块饼干。它的原理是如同打火机装油一样,从注油口注入燃料补充电力,以供长期使用。手机有了它,便可以使用1个月以上,电脑则可连续使用几天也不在话下。

摩托罗拉及阿拉摩斯(Los Alamos)国家实验室联合开发了一种微型的燃料电池。预计这种电池终有一天可望取代目前使用的传统电池,用于各种各样的电子产品作电源、包括手机、笔记本电脑、手持式照相机、以及电子游戏机等,此种电池的底面尺寸约为1平方英寸、厚度小于0.90英寸。使用液体甲醇作燃料,可以十分方便地安装在各种电子产品内。电池的能量密度超过传统充电电池的10倍。

目前日本在微型燃料电池的开发方面处于领先地位,美国则主要在车用燃料电池的开发上面具有优势。今日,由日本经济产业省提议丰田汽车、松下电器、东京煤气、三洋电机等在燃料电池开发方面有实力的企业联合组建燃料电池开发公司;美国通用汽车公司和德国宝马汽车公司也结成了燃料电池汽车开发联盟;我国则由中科院大连物理研究所联合新大洲等几家企业组建新源动力燃料电池开发公司。据称,国际电工学会IEEC已经开始组织和实施燃料电池的国际化标准的建立,新源动力方面也派出了技术代表对标准的撰写和修订提出中国专家的意见。

我国早在50年代就开展燃料电池方面的研究。中国科学院长春应用化学研究所、大连化学物理所和天津电子部十八所是我国开展燃料电池研究最早的一批单位。70年代主要以航天用碱性电池为主要研究对象。90年代初的应用产品面比较广,长春应用化学研究所、清华大学、复旦大学等单位开展了PEMFC的研究,大连化物所、长春应化所、上海交大等开展了MCFC的研究,上海硅酸盐所、北京化工冶金所、中科大、清华大学等开展了SOFC研究,大连化物所还开展了生物电池的研究。

从中国燃料电池的发展历程来看,国内燃料电池项目主要还是由国家组织和投资,在高校和研究所进行开发,缺少强而有力的大公司推进,企业恨少投入资源。因此,虽然从开发日程来看,中国与国际上发达国家处于“同一起跑线上”,不过由于缺少大公司和整体产业水平偏低将决定了中国在燃料电池这个领域争夺标准制高点的竞争中的“体质赢弱”。所以,我国燃料电池研究与实际应用在与国际同行竞争的时候均有相当大的距离,必须加快追赶的步伐。


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